13.09.2023
Dental
Innovative Entwicklung dentaler Legierungen für modernste Technologien
Die Definition dentaler Legierungen hat sich im Laufe der Zeit gewandelt – früher ausschließlich im Kontext von Gusslegierungen betrachtet, haben sich seit der Jahrtausendwende weitreichende Veränderungen ergeben. Heutzutage kommen dentale Legierungen nicht nur als Gusslegierungen, sondern auch in Form von Fräslegierungen für die subtraktive Fertigung und als Pulverlegierungen für die additive Fertigung zum Einsatz. Insbesondere bei der subtraktiven Fertigung, wie sie auch bei CADdent praktiziert wird, ergeben sich aufgrund dieser neuen Anforderungen entscheidende Entwicklungen, auf die im weiteren Verlauf näher eingegangen wird.
Unabhängig von der gewählten Herstellungsmethode müssen sämtliche Dentallegierungen die Anforderungen der DIN EN ISO 22674:2023-04 erfüllen, die ihre mechanischen Eigenschaften festlegt. Mit der Einhaltung der DIN EN ISO 10993-1 wird die Biokompatibilität gewährleistet und in der DIN EN ISO 9693:2020-2 wird die Verblendbarkeit mit Keramik geregelt. Dies führt dazu, dass die in der Dentalbranche genutzten Legierungen im Vergleich zu herkömmlichen Industrielegierungen eine eher ungewöhnliche Zusammensetzung aufweisen.
Innovative Ansätze für die subtraktive Fertigung mit Dentallegierungen
Im Fokus dieses Blogbeitrags stehen vor allem die Legierungen, die im Rahmen der subtraktiven Fertigung Anwendung finden – ein Bereich, den auch MINDFAB abdeckt. Während bei Gusslegierungen eine breite Palette an EM- (Edelmetall) und NEM- (Nichtedelmetall) Legierungen existiert, gestaltet sich die Auswahl bei den Legierungen für die subtraktive (und auch für die additive) Fertigung deutlich begrenzter. Nur wenige Vorreiter, wie beispielsweise Hafner mit dem Goldfräsen oder CADdent mit ihrer revolutionären Gold LaserMelting Technologie haben EM-Legierungen in die digitale Ära überführt.
Da die Übersetzung von EM von der analogen in die digitale Technologie nur wenig Anklang in der Branche findet, deutet diese Entwicklung darauf hin, dass der Anteil von EM-Legierungen in Zukunft weiter abnehmen wird. Aus diesem Grund bietet MINDFAB derzeit keine EM-Legierungen an, da diese nur schwer in den digitalen Workflow zu integrieren sind. Es existieren jedoch indirekte Lösungsansätze, wie beispielsweise die Verwendung von Cast Material im 3D-Druck – bleiben Sie gespannt.
Verständnis der NEM-Legierungen im dentalen Kontext: Kobalt-Chrom und Titan im Fokus
Die Klassifizierung als NEM-Legierung erfolgt grundsätzlich für jede Metalllegierung ohne Edelmetall. Im zahntechnischen Kontext ist dieser Begriff jedoch eng mit Kobalt-Chrom-Legierungen (CoCr) verbunden, die auch als “dentaler Stahl” bekannt sind.
Obwohl auch Titan-Legierungen zu den NEM-Legierungen gehören, wird der Begriff “NEM” im dentalen Kontext hauptsächlich mit Kobalt-Chrom assoziiert. Dies kann bei Nichtzahntechnikern leicht für Verwirrung sorgen.
Optimierte NEM-Legierungen für subtraktive Fertigung: Präzise Anpassungen und Herausforderungen
Die speziell für die Gusstechnik entwickelten NEM-Legierungen wurden für den Einsatz in der subtraktiven Fertigung optimiert und modifiziert. Bei Kobalt-Chrom-Legierungen schwankt der Kobalt-Anteil je nach Hersteller zwischen 60 bis 68 %, der Chrom-Anteil zwischen 25 bis 30 %. Als bedeutender Nebenbestandteil kommt entweder Molybdän (Mo, 5-7 %) oder Wolfram (W, 8-9 %) hinzu. Die Verarbeitung anderer Legierungen mittels Frästechnik ist seltener, hier sind vor allem Titanlegierungen – unabhängig vom Reinheitsgrad – zu nennen.
Bei diesen ist eine Wasserkühlung notwendig und die Verblendbarkeit ist schwieriger. Jedoch ist die Biokompatibilität dieser Legierungen herausragend, weshalb sie im Bereich der Implantatprothetik Anwendung finden. Wir empfehlen in diesem Zusammenhang die Verwendung der Legierung von MINDFAB, FAB Titanium G5. Dabei handelt es sich um eine Grade 5 Legierung, die ein ideales Zusammenspiel von Biokompatibilität und mechanischen Eigenschaften besitzt.
Einflussfaktoren auf die Fräsergebnisse: Thermische Nachbehandlung und Herstellungsmethode der Fräsblanks
Im Gegensatz zu Gusslegierungen müssen Fräslegierungen vor allem eines erfüllen: Sie müssen gut fräsbar sein – und zwar nicht mit großen Industriefräsmaschinen, sondern mit den kleineren und kostengünstigeren Modellen im Dentalbereich.
Die Qualität der Fräsergebnisse bei Fräslegierungen wird neben der im Vergleich zur Gusstechnik angepassten chemischen Zusammensetzung maßgeblich durch die thermische Nachbehandlung der Fräsblanks beeinflusst. Jeder Hersteller hat hierbei einen individuellen Prozess, der eine gleichbleibende Qualität gewährleistet.
Ebenso hat die Herstellungsweise der Blanks, sei es Einzelguss oder Blockguss – in einer sogenannten Kokille –, Einfluss auf die Eigenschaften der Legierungen. Blanks aus Blockguss weisen in der Regel eine homogenere Struktur auf, bedingt durch eine langsamere Abkühlung. FAB Cobalt-Chrome T4 wird auf diese Art und Weise hergestellt und weist deshalb gleichbleibendere Eigenschaften auf als Blanks, die im Einzelguss hergestellt wurden.
Mechanische Vielseitigkeit und Herausforderungen bei Kobalt-Chrom-Legierungen
Die Legierung FAB Cobalt-Chrome T4 enthält 6 % Molybdän. Diese Beimengung verleiht der Legierung eine gewisse Weichheit, wodurch sie sich besonders für kleinere Fräsmaschinen mit geringerer Spindelleistung eignet. Doch paradoxerweise bedeutet dies nicht zwangsläufig, dass CoCr-Mo-Legierungen auch in Bezug auf Werkzeugstandzeiten vorteilhaft sind. Die geringere Härte dieser Legierung führt dazu, dass sie anfälliger für Verschmieren ist und die Schneiden der Fräser schneller verklebt. Im Gegensatz dazu tritt dieses Problem bei den “härteren” CoCr-Wolfram-Legierungen nicht auf. Allerdings birgt diese Variante eine andere Herausforderung: Wenn der verwendete Blank nicht absolut kohlenstofffrei ist, bilden Wolfram und Kohlenstoff Wolframcarbid.
Da diese technische Keramik zu den härtesten Materialien überhaupt zählt und daher in hochwertigen Hartmetallwerkzeugen Verwendung findet, wirkt sie in Blanks als Verunreinigung kontraproduktiv und führt rasch zu Werkzeugbrüchen. Wenn jedoch die CoCr-W-Legierungen tatsächlich frei von Kohlenstoff sind, bieten sie mechanische Eigenschaften, die überlegen sind: Die Dehngrenze, Zugfestigkeit und maximale Bruchdehnung liegen höher als bei CoCr-Mo-Legierungen. Daher können Restaurationen aus diesen Legierungen tendenziell etwas dünnwandiger gestaltet werden. Aktuell mag MINDFAB noch keine kohlenstofffreie CoCr-W-Legierung im Sortiment führen, doch wer weiß, was die Zukunft bringt? Diese Möglichkeit steht nach wie vor offen und könnte bald für aufregende Entwicklungen sorgen.
Die Kunst der Legierungswahl: Verblendung und individuelle Vorlieben
Die Wahl der Legierung für die Fräsbearbeitung und Verblendung hängt von individuellen Vorlieben ab. Die Verblendbarkeit wird maßgeblich von der Chrom-Komponente gesteuert. Durch Oxidbildung wird das Chrom an der Oberfläche nicht nur passiviert, sondern seine Oxide verbinden sich gut mit dem Hauptbestandteil von Verblendkeramiken, SiO2.
Der Molybdän- oder Wolframgehalt beeinflusst die Verblendung hingegen nur geringfügig. Wichtig ist, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) der Legierung zur Verblendkeramik passt, um Risse zu vermeiden. Eine langsame Abkühlung hilft, Temperaturunterschiede zu minimieren und unerwünschte Spannungen zu reduzieren.
MINDFAB – Ihr Wegbereiter für moderne Dentaltechnologie
Die Welt der dentalen Legierungen bei MINDFAB zeichnet sich durch unser Engagement für kontinuierliche Verbesserung Ihrer Wertschöpfung aus. Unsere langjährige Erfahrung befähigt uns, unsere Expertise im Dienste der Branche einzusetzen. Mit einem klaren Blick auf Ihre Anforderungen arbeiten wir daran, passende Lösungen für unsere Kunden zu entwickeln.
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